CN102528386B - 一种用棒料加工喷嘴壳体的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用棒料加工喷嘴壳体的方法，所述棒料为镍基高温合金，加工步骤为：（1）将棒料加工出喷嘴壳体的头部、尾部、安装边半成品；（2）加工直径为6mm、壁厚为2mm、长径比为17：1的壳体深孔油路，并加工出喷嘴壳体的头部小端面、安装边端面、加长头部大外圆、头部小外圆，以加长头部大外圆作为工艺基准；（3）在安装边上钻、铰安装孔；（4）线切割加工壳体尾部，并加工出接头，接头部位预留加工余量；（5）用三轴铣加工壳体尾部；（6）车掉接头部位的加工余量；（7）车掉工艺基准。本发明提供的用棒料加工喷嘴壳体的方法，解决了利用棒料加工结构复杂、技术条件要求高、接头与安装边加工的敞开性不好、定位基准短、材料难加工的壳体类零件的加工难题。
Description
技术领域
本发明涉及用棒料加工零件的方法，特别提供了一种用棒料加工喷嘴壳体的方法。
背景技术
某发动机喷嘴壳体研制初期，采用棒料加工结构复杂、壁薄、并具有长径比为17：1的深孔，带空间角度的接头和异型安装边，材料为难加工的镍基高温合金，采用普通的加长钻头和铰刀，加工孔的表面质量不好、直线度差、圆柱度差，加工效率很低，有时钻头折在孔中，造成零件报废。带空间角度的接头和异型安装边加工的敞开性不好，车刀很难加工到接头与安装边的转接处，且刀杆越细，刀具的刚性越差，尤其对于镍基高温合金的零件，单纯采用车加工和铣加工的方法，很难实现该零件的加工。因此要解决零件深孔加工的问题，必须采用专用的深孔加工方法，在具有高压内冷装置的车铣复合加工中心上，利用枪钻数控加工深孔，以及在一次装夹中同时加工壳体油路深孔、头部加长大外圆和安装边端面，保证壁薄零件的壁厚和技术条件要求，提高深孔加工的加工效率和表面质量；采用加长工艺凸台作为工艺装夹定位和测量基准，采用数控线切割、数控铣以及车加工的方法解决空间角度接头和安装边的加工问题。
发明内容
本发明特别提供一种用棒料加工喷嘴壳体的方法，解决了利用棒料加工结构复杂、技术条件要求高、接头与安装边加工的敞开性不好、定位基准短、材料难加工的壳体类零件的加工难题。
本发明特别提供一种用棒料加工喷嘴壳体的方法，采用预留加长头部大外圆（11）作为工艺装夹定位基准和测量基准，采用在具有高压内冷装置的车铣复合加工中心上利用枪钻（90）加工深孔，利用数控线切割、立式加工中心和普通车床加工带空间角度的接头（8）和异型安装边（3），加工出来的零件尺寸、形位公差和表面粗糙度完全满足零件加工精度的要求，深孔的加工效率是采用普通钻孔、扩孔效率的3倍以上。
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，合理的设计了零件的加工工艺路线、工艺方法以及零件的加工定位基准；采用在具有8Mpa高压内冷装置的车铣复合加工中心上利用枪钻（90）解决深孔加工的问题，采用数控线切割、数控铣以及车加工的方法解决空间角度接头（8）和安装边（3）的加工问题，由于零件的定位基准（头部大外圆（12））较短，为提高零件定位的稳定性，在工艺上采用加长头部大外圆（11）至25mm作为工艺装夹定位基准和测量基准，待零件所有表面加工后，再将工艺基准车掉，保证零件最终的尺寸要求；采用数控线切割将大部分余量去除，将铣加工和车加工不可达部位一次加工到位，留少量的手工打磨余量，然后再进行数控铣和车加工的方法解决空间角度接头（8）和安装边（3）的加工问题。
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，所述棒料为镍基高温合金，其中，所述喷嘴壳体的加工步骤为：
（1）、将棒料加工出喷嘴壳体的头部（1）、尾部（2）、安装边（3）半成品；
（2）、在步骤（1）加工后的半成品上加工直径为6mm、壁厚为2mm、长径比为17：1的壳体油路深孔（4），并加工出喷嘴壳体的头部小端面（10）、安装边端面（20）、安装边外圆（5）、头部小外圆（6），加长头部大外圆（11）作为工艺基准；
（3）、在步骤（2）加工后的喷嘴壳体的安装边（3）上钻、铰安装孔（7）；
（4）、将步骤（3）加工后的喷嘴壳体用线切割加工壳体尾部（2），尾部（2）的接头部位（8）预留加工余量；
（5）、将步骤（4）加工后的喷嘴壳体用三轴铣加工壳体尾部（2），安装边上表面（13）、安装边外形凸R（22）、凹R（23）、接头侧面（21）、接头上部转接R（26）、接头侧面转接R（27）和小扁（25）,接头侧面（21）预留加工余量；
（6）、将步骤（5）加工后的喷嘴壳体车掉接头（8）部位的加工余量，并加工出接头部位的端面（83）、内小孔（14）、内大孔（15）、内槽（80）、锥面（81）、螺纹（16）和螺纹空刀槽（17）；
（7）、将步骤（6）加工后的喷嘴壳体车掉工艺基准（11）；
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（4）用线切割加工壳体尾部（2）时，以加长头部大外圆（11）
安装边端面（20）
定位，以扁（9）
为角向找正基准，夹紧加长头部大外圆（11）
由于接头与安装边的夹角太小，零件加工的敞开性不好，只能采用线切割的方法加工，在数控线切割设备上加工，接头部位给机械加工和手工打磨单面留1mm的加工余量。
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（2）深孔加工以安装边外圆（5）
安装边（3）上表面(13)
定位，夹紧安装边外圆（5）
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（2）深孔加工的工艺路线为：车头部小端面（10）→钻导向孔(18)→钻深孔（4）→粗车加长头部大外圆（11）、头部小外圆（6）及安装边端面（20）→精车加长头部大外圆（11）、头部小外圆（6）及安装边端面（20）；为尽量提高零件加工过程中的刚性，采用先钻内孔，然后再加工外圆的方式，因外圆尺寸公差要求较严，一次加工很难保证，故采用粗、精加工方法完成。
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，深孔的刀具采用伊斯卡Φ6mm中空内冷硬质合金钻头加工导向孔、Φ6mm×110mm枪钻（90）（钻头部分是硬质合金，杆部为钢的焊接结构）和HSK A50EM16×90E侧固刀柄（91）；先预钻深度为2～2.5D（D为刀具直径）的导向孔，然后再用枪钻（90）钻深孔，采用枪钻（90）先反转低速进入导向孔，正转快速钻孔，钻通后快速退出；加工后的试件剖开用轮廓仪检测，其表面粗糙度为Ra0.90～Ra1.70，经过小批量生产验证，孔径尺寸和表面粗糙度完全满足加工精度的要求，孔径公差在0.04mm以内，Φ6导向孔加工时间为4分钟，Φ6×105深的孔用枪钻加工的时间为8分钟。
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（3）中钻、铰安装孔（7）采用软三爪卡盘装夹，以加长头部大外圆（11）安装边端面（20）
定位，夹紧加长头部大外圆（11）
以扁（9）
为角向找正基准；由于孔的位置度为不大于Φ0.1，孔径尺寸是工艺压缩尺寸为Φ4.50 +0.048，因此采用钻、铰孔的方法加工。
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（5）中用三轴铣加工壳体尾部（2）时，采用软三爪卡盘装夹，以加长头部大外圆（11）
安装边端面（20）
定位，夹紧加长头部大外圆（11）
以扁（9）
为角向找正基准。
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述三轴铣加工壳体尾部的加工工艺路线为：粗铣接头侧面（21）→粗铣接头侧面转接R（27）和小扁（25）→铣加工凸R（22）外形→铣加工凹R（23）外形→粗铣安装边上表面（13）→精铣接头侧面（21）→精铣安装边上表面（13）→精铣接头侧面转接R（27）和小扁（25）→铣接头上部转接R（26）。
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（6）中车接头（8）部位加工余量是在普通车床上加工，以加长头部大外圆（11）
安装边端面（20）
定位，以孔（7）
为角向，压紧安装边（3）上表面
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（7）中车掉工艺基准加长头部大外圆（11）是在普通车床上加工，采用软三爪卡盘，以头部小外圆（6）
定位，在壳体油路深孔内放入自制芯棒，装夹头部小外圆（6），用尾顶尖顶紧尾部（2）内锥面
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的特点是：（1）采用预留加长头部大外圆（11）作为工艺装夹定位基准和测量基准，待零件全部加工完成后，再将工艺基准（11）加工掉；（2）采用在具有高压内冷装置的车铣复合加工中心上利用枪钻（90）加工深孔；（3）先采用数控线切割外形面，然后再数控铣加工安装边（3）及去除接头（8）部分余量，最后在普通机床上加工带空间角度的接头（8）。
本发明所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，由于零件结构复杂、壁薄，喷嘴壳体和安装孔（7）相对于头部外圆（12）和安装边大端面（20）皆有位置度不大于Φ0.10mm的要求，壳体油路具有直径为Φ6mm、壁厚为2mm，长径比为17：1的油路深孔（4），表面粗糙度为Ra3.2，头部外圆（12）对安装边端面（20）的垂直度为0.05mm，喷嘴壳体的材料为难加工的镍基高温合金，采用棒料加工，在加工过程中，去除的余量较大，为消除残余应力对零件加工变形的影响，在粗加工之后安排消除应力热处理，深孔加工安排在精车头部工序中进行，为保证零件内外圆尽量同心，将深孔、外圆和安装边端面安排到一道工序进行加工，由于零件头部外圆（12）定位基准较短，仅为4mm，且安装边端面（20）与头部外圆（12）之间有1mm的转接R1，工艺上采用预留加长头部外圆（12）为25mm作为工艺基准，待零件所有表面加工完成后，再将工艺基准去掉，保证零件最终尺寸要求；带空间角度的接头（8）和异型安装边（3）加工的敞开性不好，车刀很难加工到接头（8）与安装边（3）的转接处，且刀杆越细，刀具的刚性越差，尤其对于镍基高温合金的零件，单纯采用车加工和铣加工的方法，很难实现该零件的加工；采用数控线切割将大部分余量去除，将铣加工和车加工不可达部位一次加工到位，留少量的手工打磨余量，然后再进行数控铣和车加工的方法解决空间角度接头（8）和安装边（3）的加工问题。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为喷嘴壳体半成品左视图；
图2为喷嘴壳体半成品主视图；
图3为喷嘴壳体俯视图；
图4为喷嘴壳体A-A剖面视图；
图5为深孔加工后零件俯视图；
图6为深孔加工后零件D-D剖视图；
图7为枪钻加工系统示意图；
图8为钻铰安装孔后的零件俯视图；
图9为钻铰安装孔后的D-D剖视图；
图10为线切割壳体尾部俯视图；
图11为线切割壳体尾部剖面视图；
图12为精铣尾部俯视图；
图13为精铣尾部A-A剖面视图；
图14为车接头部位俯视图；
图15为车接头部位A-A剖面视图；
图16为车掉工艺基准后零件剖面视图。
具体实施方式
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，合理的设计了零件的加工工艺路线、工艺方法以及零件的加工定位基准；采用在具有8Mpa高压内冷装置的车铣复合加工中心上利用枪钻（90）解决深孔加工的问题，采用数控线切割、数控铣以及车加工的方法解决空间角度接头（8）和安装边（3）的加工问题，由于零件的定位基准（头部外圆（12））较短，为提高零件定位的稳定性，在工艺上采用加长头部大外圆（11）至25mm作为工艺装夹定位基准和测量基准，待零件所有表面加工后，再将工艺基准车掉，保证零件最终的尺寸要求；采用数控线切割将大部分余量去除，将铣加工和车加工不可达部位一次加工到位，留少量的手工打磨余量，然后再进行数控铣和车加工的方法解决空间角度接头（8）和安装边（3）的加工问题。
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，所述棒料为镍基高温合金，其中，所述喷嘴壳体的加工步骤为：
（1）、将棒料加工出喷嘴壳体的头部（1）、尾部（2）、安装边（3）半成品；
（2）、在步骤（1）加工后的半成品上加工直径为6mm、壁厚为2mm、长径比为17：1的壳体油路深孔（4），并加工出喷嘴壳体的头部小端面（10）、安装边端面（20）、安装边外圆（5）、头部小外圆（6），加长头部大外圆（11）作为工艺基准；
（3）、在步骤（2）加工后的喷嘴壳体的安装边（3）上钻、铰安装孔（7）；
（4）、将步骤（3）加工后的喷嘴壳体用线切割加工壳体尾部（2），尾部（2）的接头部位（8）预留加工余量；
（5）、将步骤（4）加工后的喷嘴壳体用三轴铣加工壳体尾部（2），安装边上表面（13）、安装边外形凸R（22）、凹R（23）、接头侧面（21）、接头上部转接R（26）、接头侧面转接R（27）和小扁（25）,接头侧面（21）预留加工余量；
（6）、将步骤（5）加工后的喷嘴壳体车掉接头（8）部位的加工余量，并加工出接头部位的端面（83）、内小孔（14）、内大孔（15）、内槽（80）、锥面（81）、螺纹（16）和螺纹空刀槽（17）；
（7）、将步骤（6）加工后的喷嘴壳体车掉工艺基准（11）；
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（4）用线切割加工壳体尾部（2）时，以加长头部大外圆（11）安装边端面（20）
定位，以扁（9）
为角向找正基准，夹紧加长头部大外圆（11）
由于接头与安装边的夹角太小，零件加工的敞开性不好，只能采用线切割的方法加工，在数控线切割设备上加工，接头部位给机械加工和手工打磨单面留1mm的加工余量。
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（2）深孔加工以安装边外圆（5）
安装边（3）上表面(13)
定位，夹紧安装边外圆（5）
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（2）深孔加工的工艺路线为：车头部小端面（10）→钻导向孔(18)→钻深孔（4）→粗车加长头部大外圆（11）、头部小外圆（6）及安装边端面（20）→精车加长头部大外圆（11）、头部小外圆（6）及安装边端面（20）；为尽量提高零件加工过程中的刚性，采用先钻内孔，然后再加工外圆的方式，因外圆尺寸公差要求较严，一次加工很难保证，故采用粗、精加工完成。
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，深孔的刀具采用伊斯卡Φ6mm中空内冷硬质合金钻头加工导向孔、Φ6mm×110mm枪钻（90）（钻头部分是硬质合金，杆部为钢的焊接结构）和HSK A50EM16×90E侧固刀柄（91）；先预钻深度为2～2.5D（D为刀具直径）的导向孔，然后再用枪钻（90）钻深孔，采用枪钻（90）先反转低速进入导向孔，正转快速钻孔，钻通后快速退出；加工后的试件剖开用轮廓仪检测，其表面粗糙度为Ra0.90～Ra1.70，经过小批量生产验证，孔径尺寸和表面粗糙度完全满足加工精度的要求，孔径公差在0.04mm以内，Φ6导向孔加工时间为4分钟，Φ6×105深的孔用枪钻加工的时间为8分钟。
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（3）中钻、铰安装孔（7）采用软三爪卡盘装夹，以加长头部大外圆（11）
安装边端面（20）
定位，夹紧加长头部大外圆（11）
以扁（9）
为角向找正基准；由于孔的位置度为不大于Φ0.1，孔径尺寸是工艺压缩尺寸为Φ4.50 +0.048，因此采用钻、铰孔的方法加工。
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（5）中用三轴铣加工壳体尾部（2）时，采用软三爪卡盘装夹，以加长头部大外圆（11）
安装边端面（20）
定位，夹紧加长头部大外圆（11）
以扁（9）
为角向找正基准。
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述三轴铣加工壳体尾部的加工工艺路线为：粗铣接头侧面（21）→粗铣接头侧面转接R（27）和小扁（25）→铣加工凸R（22）外形→铣加工凹R（23）外形→粗铣安装边上表面（13）→精铣接头侧面（21）→精铣安装边上表面（13）→精铣接头侧面转接R（27）和小扁（25）→铣接头上部转接R（26）。
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（6）中车接头（8）部位加工余量是在普通车床上加工，以加长头部大外圆（11）
安装边端面（20）定位，以孔（7）
为角向，压紧安装边（3）上表面
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（7）中车掉工艺基准加长头部大外圆（11）是在普通车床上加工，采用软三爪卡盘，以头部小外圆（6）
定位，在壳体油路深孔内放入自制芯棒，装夹头部小外圆（6），用尾顶尖顶紧尾部（2）内锥面
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的特点是：（1）采用预留加长头部大外圆（11）作为工艺装夹定位基准和测量基准，待零件全部加工完成后，再将工艺基准（11）加工掉；（2）采用在具有高压内冷装置的车铣复合加工中心上利用枪钻（90）加工深孔；（3）先采用数控线切割外形面，然后再数控铣加工安装边（3）及去除接头（8）部分余量，最后在普通机床上加工带空间角度的接头（8）。
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其中，所述步骤（1）的加工工艺路线为：棒料→下料→固溶处理→粗车尾部→粗车头部→线切割去除余量→粗铣尾部→消除应力热处理。
本实施例所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，由于零件结构复杂、壁薄，喷嘴壳体和安装孔（7）相对于头部外圆（12）和安装边端面（20）皆有位置度不大于Φ0.10mm的要求，壳体油路具有直径为Φ6mm、壁厚为2mm，长径比为17：1的深孔，表面粗糙度为Ra3.2，外圆对端面的垂直度为0.05mm，其材料为难加工的镍基高温合金，采用棒料加工，在加工过程中，去除的余量较大，为消除残余应力对零件加工变形的影响，在粗加工之后安排消除应力热处理，深孔加工安排在精车头部工序中进行，为保证零件内外圆尽量同心，将油路深孔、外圆和安装边端面安排到一道工序进行加工，由于零件头部外圆（12）定位基准较短，仅为4mm，且安装边端面（20）与头部外圆（12）之间有1mm的转接R，工艺上采用预留加长头部大外圆（11）为25mm作为工艺基准，待零件所有表面加工完成后，再将工艺基准去掉，保证零件最终尺寸要求；带空间角度的接头（8）和异型安装边（3）加工的敞开性不好，车刀很难加工到接头（8）与安装边（3）的转接处，且刀杆越细，刀具的刚性越差，尤其对于镍基高温合金的零件，单纯采用车加工和铣加工的方法，很难实现该零件的加工；采用数控线切割将大部分余量去除，将铣加工和车加工不可达部位一次加工到位，留少量的手工打磨余量，然后再进行数控铣和车加工的方法解决空间角度接头（8）和安装边（3）的加工问题。
Claims (9)
1.一种用棒料加工喷嘴壳体的方法，所述棒料为镍基高温合金，其特征在于：所述喷嘴壳体的加工步骤为：
（1）、将棒料加工出喷嘴壳体的头部（1）、尾部（2）、安装边（3）半成品；
（2）、在步骤（1）加工后的半成品上加工直径为6mm、壁厚为2mm、长径比为17：1的壳体油路深孔（4），并加工出喷嘴壳体的头部小端面（10）、安装边端面（20）、安装边外圆（5）、头部小外圆（6），加长头部大外圆（11）作为工艺基准；
（3）、在步骤（2）加工后的喷嘴壳体的安装边（3）上钻、铰安装孔（7）；
（4）、将步骤（3）加工后的喷嘴壳体用线切割加工壳体尾部（2），尾部（2）的接头部位（8）预留加工余量；
（5）、将步骤（4）加工后的喷嘴壳体用三轴铣加工壳体尾部（2），安装边上表面（13）、安装边外形凸R（22）、凹R（23）、接头侧面（21）、接头上部转接R（26）、接头侧面转接R（27）和小扁（25）,接头侧面（21）预留加工余量；
（6）、将步骤（5）加工后的喷嘴壳体车掉接头（8）部位的加工余量，并加工出接头部位的端面（83）、内小孔（14）、内大孔（15）、内槽（80）、锥面（81）、螺纹（16）和螺纹空刀槽（17）；
（7）、将步骤（6）加工后的喷嘴壳体车掉工艺基准（11）。
2.按照权利要求1所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其特征在于：所述步骤（4）用线切割加工壳体尾部（2）时，以加长头部大外圆（11）
安装边端面（20）
定位，以扁（9）
为角向找正基准，夹紧加长头部大外圆（11）
3.按照权利要求1所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其特征在于：所述步骤（2）深孔加工以安装边外圆（5）
安装边（3）上表面(13)定位，夹紧安装边外圆（5）
4.按照权利要求1或3所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其特征在于：所述步骤（2）深孔加工的工艺路线为：车头部小端面（10）→钻导向孔(18)→钻深孔（4）→粗车加长头部大外圆（11）、头部小外圆（6）及安装边端面（20）→精车加长头部大外圆（11）、头部小外圆（6）及安装边端面（20）。
5.按照权利要求1所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其特征在于：所述步骤（3）中钻、铰安装孔（7）采用软三爪卡盘装夹，以加长头部大外圆（11）
安装边端面（20）
定位，夹紧加长头部大外圆（11）
以扁（9）
为角向找正基准。
6.按照权利要求1所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其特征在于：所述步骤（5）中用三轴铣加工壳体尾部（2）时，采用软三爪卡盘装夹，以加长头部大外圆（11）
安装边端面（20）
定位，夹紧加长头部大外圆（11）
以扁（9）为角向找正基准。
7.按照权利要求1或6所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其特征在于：所述三轴铣加工壳体尾部的加工工艺路线为：粗铣接头侧面（21）→粗铣接头侧面转接R（27）和小扁（25）→铣加工凸R（22）外形→铣加工凹R（23）外形→粗铣安装边上表面（13）→精铣接头侧面（21）→精铣安装边上表面（13）→精铣接头侧面转接R（27）和小扁（25）→铣接头上部转接R（26）。
8.按照权利要求1所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其特征在于：所述步骤（6）中车接头（8）部位加工余量是在普通车床上加工，以加长头部大外圆（11）
安装边端面（20）
定位，以孔（7）为角向，压紧安装边（3）上表面
9.按照权利要求1所述用棒料加工喷嘴壳体的方法，其特征在于：所述步骤（7）中车掉工艺基准加长头部大外圆（11）是在普通车床上加工，采用软三爪卡盘，以头部小外圆（6）定位，在壳体油路深孔内放入自制芯棒，装夹头部小外圆（6），用尾顶尖顶紧尾部（2）内锥面
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